เนื่องจากโครงกระดูกปลาดาวทำจากแคลไซต์ ซึ่งเป็นรูปแบบผลึกของแคลเซียมคาร์บอเนต (ชอล์ค) เด็กที่คุ้นเคยกับการเล่นนอกบ้านจะรู้ว่าชอล์คทางเท้านั้นเปราะและหักง่าย อย่างไรก็ตาม ร่างกายของปลาดาวแสดงให้เห็นถึงความแข็งแรงและความยืดหยุ่นสูง การเปิดเผยหลักการพื้นฐานของโครงสร้างนี้อาจช่วยแก้ปัญหาความท้าทายในการสร้างเซรามิกที่มีรูพรุนที่แข็งแรงขึ้น สิ่งที่ทีมพบเป็นสิ่งที่คาดไม่ถึง เช่นเดียวกับปลาดาวสายพันธุ์อื่นๆ โครงกระดูกของดาวตะปุ่มตะป่ำประกอบด้วยองค์ประกอบโครงกระดูก
ขนาดมิลลิเมตรจำนวนมากที่เรียกว่าออสซิเคิล
กระดูกเหล่านี้เชื่อมต่อกับเนื้อเยื่ออ่อน ทำให้สัตว์มีความยืดหยุ่นและเคลื่อนไหวได้ Li และทีมของเขาค้นพบว่า ossicle แต่ละอันสร้างจากโครงสร้างไมโครแลตทิซที่เหมือนกันจนสามารถอธิบายทางคณิตศาสตร์ได้ ซึ่งประกอบด้วยกิ่งก้านที่เชื่อมต่อผ่านโหนดในเส้นเดียวกับโครงสร้างของหอไอเฟล ที่น่าสนใจยิ่งกว่านั้น ทีมงานพบว่าโครงสร้างแบบเดียวกันของไมโครแลตทิซ เนื่องจากการเรียงตัวของอะตอมนั้นเป็นโครงสร้างผลึกเดี่ยวในระดับอะตอม
“วัสดุที่มีลักษณะเฉพาะนี้เปรียบเสมือนโครงตาข่ายที่แกะสลักจากผลึกเดี่ยวของแคลไซต์” หลี่กล่าว “ไมโครแลตทิซที่เกือบจะสมบูรณ์แบบนี้ยังไม่เคยมีรายงานในธรรมชาติหรือประดิษฐ์ขึ้นโดยสังเคราะห์มาก่อน วัสดุขัดแตะที่มีความสม่ำเสมอสูงส่วนใหญ่ทำขึ้นโดยการรวมวัสดุกับคริสตัลขนาดเล็กเพื่อสร้างวัสดุผสม แต่นี่เป็นเรื่องใหม่ มันเติบโตเป็นชิ้นเดียว”
โครงสร้างนี้ช่วยให้ปลาดาวเสริมความแข็งแกร่งให้กับโครงกระดูกในทิศทางเฉพาะอย่างมีชั้นเชิง ซึ่งให้การป้องกันที่ดียิ่งขึ้น นอกจากนี้ ยังปรากฏว่าสัตว์สามารถแผ่กิ่งก้านหนาไปตามทิศทางที่เลือกและในบางภูมิภาค ทำให้ประสิทธิภาพเชิงกลของมันดีขึ้นในลักษณะที่คล้ายคลึงกับการที่ร่างกายมนุษย์มีความสามารถในการปรับเปลี่ยนรูปทรงเรขาคณิตเฉพาะที่ของกระดูกที่มีรูพรุนเพื่อปรับให้เข้ากับการออกกำลังกาย ในปลาดาว นักวิจัยยังพบบริเวณที่โครงสร้างดูเหมือนจะปรับเปลี่ยนรูปแบบตาข่ายปกติของการออกแบบ ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่ยับยั้งการขยายตัวของรอยแตกเมื่อไมโครแลตทิซแตกหัก
Patricia Doveผู้เชี่ยวชาญด้านแร่ธาตุชีวภาพ
ศาสตราจารย์กิตติคุณของมหาวิทยาลัย และศาสตราจารย์ด้านวิทยาศาสตร์ CP Miles จากภาควิชาธรณีศาสตร์แห่ง เวอร์จิเนีย เทค กล่าวว่าการค้นพบทางชีววิทยานี้อาจมีผลกระทบสำคัญต่อนวัตกรรมที่ได้รับแรงบันดาลใจจากชีวภาพ
Dove กล่าวว่า “ปลาดาวและเอไคโนเดิร์มอื่นๆ ที่อาศัยอยู่ในสภาพแวดล้อมพื้นทะเลที่มีการล่าเหยื่อสูง กำลังเผยให้เห็นโลกแห่งนวัตกรรมวัสดุที่มีความสำคัญต่อการอยู่รอด” โดฟกล่าว “การใช้มากกว่าน้ำทะเลและส่วนประกอบอินทรีย์เพียงเล็กน้อย ชีววิทยาชี้นำการก่อตัวของโครงกระดูกที่น่าทึ่ง เช่น โครงกระดูกในปลาดาว การศึกษาใหม่เกี่ยวกับคุณสมบัติทางวิศวกรรมเครื่องกลพื้นฐานนี้มีศักยภาพอย่างมากในการเป็นด่านหน้าสำหรับการออกแบบวัสดุใหม่”
การรู้จักสถาปัตยกรรมของโครงสร้างจุลภาคตามธรรมชาติแสดงถึงความก้าวหน้าครั้งใหญ่ แต่ Li และทีมของเขามีคำถามมากกว่านั้น มีกุญแจสำคัญสำหรับวิธีการที่สิ่งมีชีวิตเติบโตโครงกระดูกของพวกมันซึ่งอาจทำให้เข้าใจถึงวิธีการแพร่พันธุ์พวกมันได้หรือไม่?
Li และผู้ร่วมงานของเขาใช้การพิมพ์ 3 มิติเพื่อสร้างแบบจำลองและสร้างโครงสร้างขัดแตะที่ซับซ้อนเหล่านี้ในเวอร์ชันขนาดใหญ่สำหรับวัตถุประสงค์ในการวิจัยและการศึกษา ซึ่งเป็นแนวทางที่มีประโยชน์ในการทำความเข้าใจความซับซ้อนของรูปทรงเรขาคณิตที่ไม่เหมือนใครเหล่านี้ แม้ว่าโมเดลการพิมพ์ 3 มิติที่สร้างโดยทีมงานของ Li นั้นสร้างแรงบันดาลใจทางสายตาอย่างแท้จริง แต่เทคโนโลยีที่จำเป็นในการนำสถาปัตยกรรมไมโครเซรามิกรุ่นใหม่ที่แข็งแกร่งกว่ามาสู่ตลาดยังคงมีอยู่ในอนาคต ปัจจุบัน เครื่องพิมพ์ 3 มิติผลิตโครงสร้างในระดับไมโครเมตร แต่การพิมพ์เซรามิกยังคงต้องมีการเผาผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายซึ่งอาจทำให้เกิดรูพรุนและรอยแตกเล็กๆ ที่ควบคุมไม่ได้มากมาย ข้อบกพร่องเหล่านี้ทำให้โครงสร้างเปราะบางมาก Li หวังว่าความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องในด้านการพิมพ์ 3 มิติและความเข้าใจเพิ่มเติมเกี่ยวกับกลไกการก่อตัวของโครงสร้างทางชีววิทยา เช่น โครงกระดูกปลาดาว จะช่วยแก้ปัญหาได้ในที่สุด
“ธรรมชาติสามารถรวบรวมแร่ธาตุตั้งต้นเพื่อสร้างสถาปัตยกรรมที่ซับซ้อนได้ที่อุณหภูมิห้องและความดันบรรยากาศ” หลี่กล่าว “นั่นเป็นสิ่งที่เทคโนโลยีของมนุษย์สมัยใหม่ไม่สามารถทำได้ในปัจจุบัน เวอร์จิเนียเทคมีความสนใจในการวิจัยอย่างมากเกี่ยวกับโครงสร้างแร่ที่พบในธรรมชาติ และฉันหวังว่าแนวทางการวิจัยที่น่าตื่นเต้นนี้อาจนำไปสู่การพัฒนาความหลากหลายทางชีวภาพที่ได้รับแรงบันดาลใจในสักวันหนึ่ง วัสดุที่แข็งแรงกว่าและน้ำหนักเบากว่า”
ผู้เขียนคนอื่น ๆ ในบทความนี้ ได้แก่ นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาของ Virginia Tech Hongshun Chen, Zhifei Deng, Liuni Chen และ postdoc Zian Jia, James C. Weaver จาก Harvard University และ Emily Peterman จาก Bowdoin College
credit: sharedknowledgesystems.com mitoyotaprius.net sefriends.net coachsfactorysoutletonline.net psychoanalysisdownunder.com coachfactoryoutletonlinestorez.net cheapshirtscustom.net marchcommunity.net gstools.org sougisya.net
